устройство для нагружения образца

Формула изобретения

Устройство для нагружения образца, содержащее захваты для образца и рабочий орган, отличающееся тем, что оно снабжено четырьмя направляющими колоннами и неподвижной направляющей, каждый из захватов для образца и неподвижная направляющая выполнены с отверстиями, одно из отверстий неподвижной направляющей осевое, рабочий орган вставлен в это отверстие и расположен в осевых частях захватов, направляющие колонны вставлены в другие отверстия неподвижной направляющей и в отверстия захватов для образца, при этом захваты для образца являются подвижными, а рабочий орган выполнен в виде стержня или набора стержней из сплава с эффектом памяти формы с возможностью изменения геометрических характеристик до 10% при полиморфном превращении в интервале температур 40 - 85^oC.

Описание изобретения к патенту

Устройство для нагружения образца относится к испытательной технике и может быть использовано для построения тарировочной кривой "упругие напряжения - деформация" при определении упругих постоянных материала рентгенографическим методом.

Известно устройство для деформирования, содержащее рабочий орган и захваты в виде деформирующего инструмента [1].

Однако известное устройство не обеспечивает деформацию образца в упругой области и не может быть выполнено миниатюрным для размещения его в рентгеновской установке по причине имеющейся у него конструктивной компоновки деформирующего узла и рабочего органа.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является устройство для нагружения образца, содержащее рабочий орган и захваты [2].

Однако данное устройство также не обеспечивает упругой деформации образца и не может быть размещено в рентгеновской установке.

Целью предлагаемого изобретения является миниатюризация устройства нагружения образца при обеспечении деформации в упругой или в упругопластической области для размещения его на предметном столике стандартного гониометра рентгеновского дифрактометра.

Поставленная цель достигается за счет того, что в устройстве для нагружения образца, содержащем рабочий орган и захваты, в соответствии с предлагаемым изобретением рабочий орган в виде стержня или набора стержней расположен в осевой части захватов и неподвижной направляющей, связанной с захватами четырьмя направляющими колоннами, при этом материалом рабочего органа служит сплав с эффектом памяти формы с возможностью изменения геометрических характеристик до 10% при полиморфном превращении в интервале температур 40 - 85 ^oC.

Все устройство может быть размещено на стандартном гониометре любого дифрактометра таким образом, что плоскость образца будет являться плоскостью рентгенографирования.

Устройство для нагружения образца поясняется чертежом, где 1 - образец, 2 - захват со сквозным отверстием, 3 - захват с глухим отверстием, 4 - направляющая, 5 - нагревающий элемент, 6 - колонны, 7 - штыри захватов, 8 - реостат, 9 - термопара с регистрирующим прибором, 10 - пьезодатчик усилия с регистрирующим прибором, 11 - набор рабочих тел, 12 - поджимной винт, 13 - линейка с муаровой сеткой, 14 - каретка с муаровой сеткой, 15 - осветитель с коллиматором, 16 - фотоэлемент со счетчиком сигналов, 17 - пластина для установки на предметный столик гониометра рентгеновского дифрактометра.

Устройство для нагружения образца состоит из подвижных захватов 2 и 3, к которым крепится образец 1. В углах квадратного торца захватов выполнены четыре отверстия, в которые вставлены колонны 6. Между захватами 2 и 3 находится неподвижная направляющая 4, выполненная с отверстиями для рабочего тела и колонн. В осевое отверстие направляющей 4 вставлен рабочий орган 11, выполненный из сплава с эффектом памяти формы, а на грани размещен нагревательный элемент 5 и термопара 9. В глухом осевом отверстии захвата 3 установлен керамический пьезодатчик 10, а в осевом отверстии захвата 2 - поджимной регулировочный винт 12. Размещенные на линейке, связанной с захватом 2, и каретке, связанной с захватом 3, сетки при взаимном перемещении и освещении их коллимированным источником света 15 дают картину бегущих муаровых полос, которая регистрируется фотоэлементом и счетчиком 16, чем достигается точность в определении перемещения 1 мкм. Датчик перемещений с использованием метода муаровых полос дан в качестве примера возможного использования для этих целей.

Все устройство может быть размещено на стандартном гониометре любого дифрактометра таким образом, что плоскость образца будет являться плоскостью рентгенографирования.

Устройство для нагружения образца работает следующим образом.

Все три части связаны четырьмя направляющими колоннами, по которым осуществляется их взаимное перемещение при увеличении длины рабочего органа. Направляющая с помощью установочной пластины 17 закрепляется на малом предметном столике гониометра таким образом, чтобы плоскость образца совпадала с осью гониометра. Рабочим органом может служить любой сплав, в котором проходит полиморфное превращение со значительным (до 0,2%) изменением геометрических размеров, либо сплав, обладающий при полиморфном превращении эффектом памяти формы (системы Fe-Ni-Co, Fe-Mn, Ni-Ti, Ni-Co) при изменении размеров до 10%. Температура превращения должна находиться в интервале температур испытания образца.

Плоский стандартный образец 1 с сечением рабочей части 4 х 1 мм² и отверстиями под захваты укладывается в штыревые захваты 7 активных частей устройства 2 и 3. Регулировочным винтом 12 производят установку стрелки датчика усилия 10 в нулевое положение.

Далее производят нагрев рабочего органа 11 нагревательным элементом 5. Вследствие полиморфного превращения в материале при нагреве рабочий орган 11 увеличивает свои размеры в осевом направлении и оказывает давление как на захват 3, так и на захват 2, в результате чего образец 1 подвергается растяжению. Геометрию рабочего органа рассчитывают таким образом, что образец 1 находится под воздействием упругих или упругопластических деформаций. Контроль за перемещением захватов осуществляют, например, по счетчику муаровых полос. Все эти операции проводятся непосредственно во время рентгенографирования образца для определения упругих постоянных при разной прилагаемой к образцу нагрузке, соответствующей области упругих деформаций исследуемого материала. Неподвижная направляющая обеспечивает неподвижность устройства относительно опоры, что дает возможность следить за одной материальной точкой при установке рентгеновского пучка относительно центра симметрии плоского деформируемого образца.

Величина требуемой нагрузки обеспечивается за счет подбора соответствующего материала и (или) общей площади поперечного сечения рабочего органа с учетом модулей упругости рабочих тел и деформируемого образца.

Величина нагрузки рассчитывается заранее и по расчету выбирается необходимый набор стержней рабочего органа.

Полиморфное превращение инициируется температурным воздействием на материал рабочего органа (нагрев на 20 - 55^o) конвекционным или контактным способом непосредственно при рентгенографировании.

При полиморфном превращении происходит изменение линейных размеров рабочего органа (либо восстановление их при использовании эффекта памяти формы). Увеличение длины рабочего тела вызывает давление на переднюю и заднюю части устройства, заневоленного только испытуемым образцом, и приводит к увеличению его деформации в упругой области. Последовательное включение в усилие деформирования все новых и новых составляющих рабочего органа, выполненного в виде набора стержней из разных сплавов с разной температурой прямого превращения путем варьирования прилагаемого температурного воздействия, позволяет полностью определить упругие постоянные рентгеновским методом. Таким путем можно достичь и начала пластического течения материала образца, особенно при выборе сплава с возможностью изменения геометрических характеристик до 10%. Величина усилия деформирования определяется пьезокерамическим датчиком, установленным в торце переднего рабочего цилиндра и воспринимающим на себя рабочую нагрузку.

В качестве материала рабочего органа можно рекомендовать сплавы, представленные в таблице.

Эффект запоминания формы заключается в том, что при нагреве после деформирования низкотемпературной фазы (мартенсит) со степенью до 10% в высокотемпературной фазе (аустените) происходит исчезновение низкотемпературной деформации и восстановление первоначальной формы [3, 4].

Предлагаемое устройство может обеспечивать по сравнению с известными решениями миниатюризацию конструкции до габаритных размеров испытуемого образца в плане при обеспечении его деформации в упругой или в упругопластической области.

Источники информации

1. Авторское свидетельство N 589060, Григоренко А.С., Мороз Ю.А., Ландышев В.В. и др. Устройство для горячего деформирования - опублик. в БИ N 3, 1978.

2. Смирнов О. М. , Обработка металлов давлением в состоянии сверхпластичности. - М.: Машиностроение, 1979, с. 16.

3. Фунакубо. Справы, обладающие эффектом запоминания формы. - Санге тосе, 1984.

4. Сэкигуки, Фунами, Судзуки и др. Поведение и усталостные характеристики никелида титана, обладающего эффектом запоминания формы. - Сборник тезисов докладов на осеннем симпозиуме Японского общества металлов, 1983, с. 144.